لماذا تدوم بعض أنواع البلاستيك لفترة طويلة، بينما تتقادم أنواع أخرى بسرعة وتتشقق، على الرغم من كونها جميعها مواد بلاستيكية؟ (1)
لماذا تدوم بعض أنواع البلاستيك لفترة طويلة، بينما تتقادم أنواع أخرى بسرعة وتتشقق، على الرغم من كونها جميعها مواد بلاستيكية؟
يُعدّ البلاستيك بلا شكّ أحد أكثر المواد التي نتعامل معها يومياً. زجاجات المياه المعدنية، وعلب الطعام الجاهز، وأغطية الهواتف، وحافظات المقابس، وأغلفة الكابلات، والتجهيزات الداخلية للسيارات، وهياكل الأجهزة المنزلية، والحلقات المانعة للتسرب، والأنابيب، وأغلفة التغليف - نجد البلاستيك في كل مكان تقريباً. ومع ذلك، لا يملك الكثير من الناس انطباعاً إيجابياً تجاه البلاستيك.
فيما يتعلق بالبلاستيك، فإن الآراء الشائعة عنه كالتالي: رخيص، هش، عرضة للكسر مع مرور الوقت، ويتأثر بأشعة الشمس. بل إن بعضها يتحول إلى اللون الأصفر، ويصبح لزجاً، وينبعث منه روائح غريبة.
هذه الظواهر موجودة بالفعل. مع ذلك، من التبسيط المفرط استنتاج أن "جميع أنواع البلاستيك تفتقر إلى المتانة". فالبلاستيك ليس مادة واحدة، بل هو عائلة واسعة من المواد. والاختلافات بين أنواع البلاستيك المختلفة أكبر بكثير مما يدركه الكثيرون. فرغم أن جميعها تُصنف ضمن البلاستيك، إلا أن بعضها يُصنع للتغليف أحادي الاستخدام، وبعضها لمكونات السيارات، وبعضها للتروس والمحامل، وبعضها للأجهزة الطبية، وبعضها الآخر قادر على العمل لفترات طويلة في بيئات ذات درجات حرارة عالية، وتآكل شديد، ومتطلبات عزل كهربائي.
لذلك، فإن السؤال الحقيقي ليس ما إذا كان البلاستيك متيناً، بل بالأحرى:
ما نوع البلاستيك المستخدم؟
هل تم تعديله بمواد مضافة؟
هل عملية التصنيع مناسبة؟
هل تتجاوز بيئة التشغيل حدود أداء المادة؟
في هذه المقالة، سنبدأ بهذا السؤال: لماذا تتميز بعض أنواع البلاستيك بمتانتها العالية، بينما تتقادم أنواع أخرى وتتشقق بسرعة؟
أولاً: البلاستيك ليس مادة واحدة، بل هو عائلة كاملة من المواد.
في حياتنا اليومية، نميل إلى الإشارة إلى العديد من الأشياء ببساطة باسم "بلاستيك". أما في علم المواد، فيشمل البلاستيك مجموعة واسعة من الأنواع المتميزة.
البولي إيثيلين (البولي إيثيلين): يستخدم عادة في صناعة الأغشية وأغطية الزجاجات والأنابيب ومواد التعبئة والتغليف.
البولي بروبيلين (PP): يستخدم على نطاق واسع في حاويات الطعام، ومكونات الأجهزة المنزلية، وقطع غيار السيارات، والسلع اليومية.
مادة مادة PVC (كلوريد البولي فينيل): تستخدم عادة في صناعة الأنابيب، وأغلفة الكابلات، والأرضيات، والقطاعات.
مادة أب: تستخدم في صناعة أغلفة الأجهزة المنزلية والألعاب وأجزاء السيارات الداخلية.
البولي كربونات (جهاز كمبيوتر): يتميز بشفافية ممتازة ومقاومة عالية للصدمات، وهو مناسب للمكونات الشفافة والأجزاء الواقية.
مادة البولي أميد (المعروفة أيضًا باسم النايلون): تتميز بقوة جيدة ومقاومة للتآكل، وتستخدم بشكل متكرر في صناعة التروس والمحامل والمكونات الميكانيكية.
مادة دواء POM (بولي أوكسي ميثيلين): تتميز بصلابة عالية ومقاومة للتآكل، وهي مثالية لأجزاء ناقل الحركة الدقيقة.
مادة مادة TPU (البولي يوريثان الحراري المرن): مرنة ومقاومة للتآكل، وتستخدم على نطاق واسع في صناعة حافظات الهواتف ومواد الأحذية والكابلات والخراطيم المرنة.
تُعرف هذه المواد عمومًا باسم "البلاستيك"، إلا أن خصائصها تختلف اختلافًا كبيرًا. فبعضها لين، وبعضها الآخر صلب. بعضها يتحمل درجات الحرارة المنخفضة، وبعضها الآخر يتحمل درجات الحرارة العالية. بعضها شفاف، وبعضها الآخر معتم. بعضها مقاوم للزيوت، بينما يتأثر البعض الآخر بالمذيبات. بعضها مناسب للاستخدام الداخلي، وبعضها الآخر يمكن استخدامه في الهواء الطلق لفترات طويلة.
لذلك، عند الحكم على ما إذا كان المكون البلاستيكي موثوقًا به، فإن الخطوة الأولى ليست التحقق مما إذا كان مصنوعًا من البلاستيك، ولكن تحديد نوع البلاستيك بالضبط وسيناريو التطبيق الذي سيتم استخدامه فيه.
ثانياً: لماذا تتلف المواد البلاستيكية مع مرور الوقت؟
يشير تقادم البلاستيك أساسًا إلى التغيرات التي تطرأ على بنية المادة أثناء الاستخدام. قد تحدث هذه التغيرات بفعل الضوء، والحرارة، والأكسجين، والرطوبة، والمواد الكيميائية، والإجهاد الميكانيكي، وقد تنجم أيضًا عن ظروف التصنيع وتصميم التركيبة. بعد التقادم، قد تظهر على البلاستيك الظواهر التالية: التقصف والتشقق، والاصفرار، والتشقق، والالتصاق، والتصلب، والتليين، وفقدان القوة، وبهتان السطح، وتشوه الأبعاد. تختلف الأسباب الجذرية وراء هذه الأعراض.
1. يتسبب ضوء الشمس والأشعة فوق البنفسجية في هشاشة البلاستيك
تتعرض العديد من الأجزاء البلاستيكية الخارجية للتلف نتيجة التعرض المطول لأشعة الشمس. إذ تُسرّع الأشعة فوق البنفسجية في ضوء الشمس تفاعلات الأكسدة الضوئية في بعض المواد البوليمرية، مما يؤدي إلى انقسام السلاسل الجزيئية وتغيرات هيكلية. وتشمل المظاهر المرئية بهتان اللون، والاصفرار، وتقشر السطح، وانخفاض المتانة، مما يؤدي في النهاية إلى التقصف والتشقق.
وهذا يفسر لماذا يمكن للدلاء البلاستيكية والكراسي البلاستيكية والأغلفة الخارجية للكابلات الخارجية أن تعمل بشكل جيد في الداخل لسنوات، ومع ذلك تصبح هشة بشكل ملحوظ بعد فترة من التعرض للهواء الطلق.
بالنسبة للاستخدامات الخارجية، يجب مراعاة عوامل مثل درجة مقاومة العوامل الجوية، ونظام الحماية من الأشعة فوق البنفسجية، والكربون الأسود، ومثبتات الضوء، ومضادات الأكسدة، أو الطلاءات السطحية. ليست جميع أنواع البلاستيك مناسبة بطبيعتها للاستخدام الخارجي طويل الأمد.
2. تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع الأكسدة وتدهور الأداء
تتأثر المواد البلاستيكية بدرجة الحرارة. فبعضها يُظهر أداءً ممتازًا في درجة حرارة الغرفة، لكنّها تتعرض للتلف الحراري التأكسدي عند تعرضها لفترات طويلة لدرجات حرارة عالية. على سبيل المثال، قد تصل درجات الحرارة في المناطق القريبة من المحركات، وفتحات التدفئة، والأجزاء المولدة للحرارة في الأجهزة الكهربائية، وداخل السيارات المعرضة لأشعة الشمس المباشرة، إلى مستويات أعلى بكثير من درجات الحرارة في البيئات الداخلية العادية.
مع ارتفاع درجة الحرارة، تتسارع عملية تقادم المواد، وقد تتدهور استقرار أبعادها وقوتها ومتانتها. وبناءً على ذلك، فإن صلاحية المكون البلاستيكي لا تعتمد فقط على قدرته على تحمل هذه الدرجات الحرارية لفترة وجيزة، بل أيضاً على قدرته على الحفاظ على خصائصه في ظل هذه الدرجات على المدى الطويل. غالباً ما يتجاهل العديد من المبتدئين هذه التفاصيل.
3. يؤدي تركيز الإجهاد إلى حدوث تشققات مبكرة
لا يعود سبب تشقق بعض الأجزاء البلاستيكية بالكامل إلى رداءة المادة الأساسية، بل إلى مخاطر خفية ناتجة عن التصميم الهيكلي وعملية التصنيع. ومن الأمثلة على ذلك:
زوايا حادة مفرطة،
تغيرات مفاجئة في سمك الجدار،
رؤوس براغي مصممة بشكل غير صحيح،
تُغلق المزالج تحت الحمل المستمر،
إجهاد داخلي مرتفع متبقٍ في عملية قولبة الحقن،
الضغط القسري أثناء التجميع،
الانحناء أو الاهتزاز على المدى الطويل.
تتشكل مناطق تركيز الإجهاد في هذه المواقع. قد لا تظهر أي عيوب مباشرة بعد الإنتاج، ولكن ستبدأ الشقوق بالظهور والانتشار من هذه المناطق الضعيفة بعد فترة من الاستخدام.
لذلك، لا يمكن دائمًا عزو تشقق المكونات البلاستيكية إلى رداءة جودة المواد فحسب، بل قد يكون نتيجةً مشتركةً لاختيار المواد، والهيكل، وتصميم القالب، وعمليات التشكيل بالحقن والتجميع.
4. التعرض للمواد الكيميائية قد يسبب التشققات أيضاً
يظن الكثيرون أن البلاستيك مقاوم للماء والتآكل، وهذا صحيح جزئياً فقط. تختلف أنواع البلاستيك اختلافاً كبيراً في مقاومتها للمواد الكيميائية. فبعضها يتأثر بالكحول، وبعضها بالزيوت، وبعضها بمنظفات التنظيف، وبعضها بالمذيبات، وبعضها الآخر بالأحماض والقلويات. كما أن بعض أنواع البلاستيك تصبح هشة عند تعرضها للإجهاد والمواد الكيميائية معاً.
على سبيل المثال، قد يبدو مكون بلاستيكي شفاف متيناً في الظروف العادية. إلا أن التلامس المطول مع الكحول أو المنظفات أو الشحوم أو بعض المذيبات، بالإضافة إلى الإجهاد الداخلي، قد يؤدي إلى ظهور تشققات دقيقة. تُعرف هذه الظاهرة باسم تشقق الإجهاد البيئي، وتتميز بظهور تشققات تدريجياً في ظروف الاستخدام دون تأثير خارجي كبير.
لذلك، عند تقييم متانة المواد البلاستيكية، لا يمكننا الاكتفاء بالنظر إلى القوة الميكانيكية فقط؛ بل نحتاج أيضًا إلى مراعاة الوسائط الملامسة.
5. يمكن أن يؤثر الماء والحرارة الرطبة أيضًا على بعض أنواع البلاستيك
تتأثر بعض أنواع البلاستيك بالماء والحرارة الرطبة. فعلى سبيل المثال، يمتص النايلون الرطوبة بسهولة، مما قد يُسبب تغيرات في أبعاده وقوته وصلابته وخصائصه الكهربائية. كما أن مواد مثل البوليستر والبولي كربونات معرضة لخطر التحلل المائي في ظل درجات الحرارة والرطوبة العالية أو ظروف التصنيع غير المناسبة.
لا يعني هذا أن هذه المواد رديئة الجودة، بل إن لكل منها حدود استخدام خاصة. عند اختيار المواد، من الضروري تحديد ما إذا كان المكون سيتعرض للماء، وما إذا كان سيُستخدم لفترة طويلة في بيئات عالية الرطوبة، وما إذا كانت هناك حاجة إلى ثبات الأبعاد، وما إذا كان أداء العزل الكهربائي مطلوبًا. بالنسبة لنفس نوع المادة، قد تختلف النتائج تمامًا عند استخدامها في بيئات داخلية جافة مقارنةً بظروف خارجية حارة ورطبة.
